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Abstract
Signal generator is also called source or oscillator. It plays an important role in production practice and the research of science and technology. Now, the price of the special waveform generator is not economic and some are quite expensive. While the function signal generator based on AT89C51 is quite affordable. As we know, it can be represented with trigonometric function equation for kinds of waveform curve. The one can produce various waveform, such as triangle wave, sawtooth wave, square wave and sine wave is usually called function signal generator. Function signal generator is broad-spectrum in circuit experiment and test equipment.
It can control the type and the output frequency of the waveform when the singlechip are equipped with the keyboard. And the output range can be changed when we change the size of variable resistor which is a part of operational amplifier. Also when it coupled with the LCD , the information of output can be displayed. It can be sure that it is digital signal that come from the microcontroller. So we can add the DAC0832 on the output side for D/A conversion. With the two levels of op-amp we can adjust waveform. Finally it can be displayed on the oscilloscope.
key words：signal generator， AT89C51， D/A conversion，wave adjust，frequency adjust
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目 录
第1章 绪论 ............................................................ 1
1.1 课题研究背景 ................................................... 1 1.2 单片机的特点和在信号发生器中的应用 ............................. 1 1.3 波形介绍 ....................................................... 3 第2章 系统设计 ........................................................ 5
2.1 方案选择 ....................................................... 5 2.2 框图设计 ....................................................... 5 2.3 单片机模块 ..................................................... 6 2.4 按键控制及显示电路设计 ........................................ 10 2.5 D/A转换电路 ................................................... 11
2.5.1 D/A转换的必要性 ......................................... 11 2.5.2 DAC0832的特性及应用 ..................................... 12 2.6 显示电路 ...................................................... 14
2.6.1 两个显示电路 ............................................. 14 2.6.2 LCD1602工作原理 ......................................... 16 2.7 放大电路 ...................................................... 21
2.7.1 放大电路设计 ............................................. 21 2.7.2 LM358及其应用 ........................................... 22
第3章 软件仿真及程序编写 ............................................. 24
3.1 仿真软件和编程软件 ............................................ 24 3.2 整体电路仿真原理图 ............................................ 26 3.3 程序编写思路及编写结果 ........................................ 27 3.4 仿真结果 ...................................................... 28 第4章 硬件调试 ....................................................... 31
4.1 硬件电路焊接 .................................................. 31 4.2 硬件调试及输出验证 ............................................ 32 结论 .................................................................. 33 致谢 .................................................................. 34 参考文献 .............................................................. 35 附录1 ................................................................ 36 附录2 ................................................................ 37
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第1章 绪论
1.1 课题研究背景
近年来，计算机的发展在我们生活中的各个领域都有的很大的进步，以单片机为核心的一些智能产品也越来越常见。信号发生器一直以来都是实验中的重要工具。在科技不断发展的同时，我们也有了很多新的测试仪器和测试手段。所以信号发生器也在测试仪器中扮演者很重要的角色，因此研究和设计信号发生器有着很重要的意义。而研究者也可以根据信号发生器产生的各种波形来完成各种实验和研究，比如说可以测定信号发生器产生信号的各种参数，也可以用产生的已知信号作为其他电路的激励源。
实验室中常用的传统信号发生器大多为纯硬件电路搭建，比如一般情况下，实验室会采用555等一些特殊芯片来设计信号发生器，此电路可以产生正弦波、三角波和方波。像这种由特殊芯片设计的纯硬件电路，它们虽然不采用单片机，但是产生出来的波形有很多缺点，比如说可调范围小。同时这种电路设计复杂，成本高，控制也不够灵活精确。而且由于现在制造工艺的问题，纯硬件信号发生器所需要的大电容电阻也比较难制造，同时它们的精度也难以保证。所以现在各国对信号发生器的研究也加大了很多，我们也理应当对信号发生器做更深层次的研究和探索。
本文则利用单片机控制的灵活性、外设处理能力较强等特点，实现幅度与频率可调的多种函数波形，这就克服了传统信号发生器的缺点，同时根据程序的易调节与易控制的特点，比较容易、方便实现调频功能，具有良好的实用性。
1.2 单片机的特点和在信号发生器中的应用
当今社会是科学技术和设备仪器高度智能化飞速发展的信息化社会，电子科学技术也在发展和进步，这些技术的发展正在一点点的改变社会。单片机的应用在现代电子技术领域中在不断扩大，所以这也引起了传统控制和检测技术的改变。而单片机在智能设备仪器和智能家居中系统和智能办公系统等很多领域都得到了很广泛的应用，因为用单片机构成的仪器有很高的可靠性和性价比。就因为单片机具有很多优点，应
西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 2 页 用也越来越广泛，所以单片机的发展水平也逐渐成为了一个国家工业发展水平的象征。
由于单片机的内部集成了指令系统，并且由于它的特殊结构，所以在一定程度上，一块单片机就可以当做一台简易的电脑，而一般计算的作用是在某些特定领域完成一些专业任务，但是一般情况下，配备了一些外设的一块单片机系统则可以做到。所以相比较庞大的专用计算机来讲，小巧的单片机不仅携带方便、价格便宜，同样也能完成这些专业工作，所以单片机得到了空前的发展。以下总结单片机的一些特点：
（1）性能优异，性价比高
单片机的性能很高，因为一些常用的存储器和能实现各种功能的I/O口都会被集成到单片机芯片内，单片机随时都可以很方便地进行调用，而不再用对接口进行扩展。相对于性能优异，单片机的价格却比较低廉，所以说单片机具有很高的性价比。 （2）控制能力强
单片机的体积虽然比较小，但却它却有各种功能部件。所以它能有很多专门的用途，比如说专门的控制。在同一个领域中，单片机控制能力和运行速度一般要比专用微型计算机更高，因为单片机内部一般都设有各种转移指令和其他的各种丰富的指令系统，让它能在各个领域完成一些较为困难的任务。 （3）集成度高、体积小、可靠性高
单片机芯片的集成度很高，跟其他芯片相比，单片机内部集成了很多功能部件；而内部各部件之间又采用总线结构，所以就减少了部件之间的接线，这大大见笑了单片机的体积，并且提高了单片机的运行能力；单片机体积小，所以可以嵌入到各种仪器中去，单片机成本低，也会致使以单片机为主控的设备价格便宜，单片机性能稳定且寿命长，所以能保证设备稳定运行，免于频繁的维护维修。 （4）低电压、低功耗
普通单片机的工作电压为5V，相比于其他家用设备，单片机功耗更低，所以由单片机控制的许多家用设备就更省电，并且现在许多单片机的工作电压应经降低到2V了，有的甚至可以工作在0.9V的电压下，功耗自然也就降低了很多，所以能保证设备的长期运行而又不用担心耗电问题。
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1.3 波形介绍
正弦波
正弦波可以说是我们最熟悉的一种波形，不仅在数学中能学到，而且在实际中也经常用到，比如说我们家用的220V交流电就是正弦波交流电，正弦波在我们的实验中也经常用到，正弦信号可用下式表示：
f (t)=Asin(ωt+θ ) （1）
其中，A 为振幅，θ 为初相位，ω 是角频率。 正弦函数一周期信号如图1-1所示：
图1-1 正弦波
方波
方波函数是我们在实验室中经常用到的一种波形，比如我们常把频率较大的方波作为脉冲使用，当方波的低电平为0时，高电平就是一个脉冲。它的表示形式如下：
TA(0≤t<)2 （2） f(t)={T-A(≤t 而矩形波则是方波的下半周期的幅值为0时的一种波形，是方波的一种特殊形式，不再进行详细描述。方波波形如下图1-2：